[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Behälters aus einer thermoplastischen
Kunststofffolie mit einem Hohlboden, der einen doppelwandigen Standfuß bildet, mittels
eines Formwerkzeuges nach der Gattung des Hauptanspruches sowie das Formwerkzeug zur
Durchführung des Verfahrens.
[0002] Aus der DE-PS 1 291 469 ist eine gattungsbildende Vorrichtung bekannt, bei der Behälter
mit Hohlboden und doppelwandigem Standfuß aus einer thermoplastischen Kunststofffolie
tiefgezogen und anschließend ausgestanzt werden. Der Spalt zwischen den beiden Wänden
des Standfußes ist abgedichtet, da der Behälterboden am Umfang bei der Bildung des
Hohlbodens gegen eine ringsum an der Form vorgesehene Schulter gepresst wird. Bei
diesem Herstellungsverfahren wird nach der Bildung des Hohlbodens und des Standfußes
der Auswerferboden zurückgezogen, damit, wie es in Spalte 14 Zeilen 46 - 60 beschrieben
ist, der Standfuß soweit nach innen schrumpfen kann, dass der Auswerferboden bei seiner
zweiten Aufwärtsbewegung, die dem Auswerfen des Behälters dient, auf den nun im Durchmesser
verkleinerten Standfuß trifft. Die Verkleinerung ist erforderlich wegen des Hinterschnittes,
der durch die Schulter Pos 170 gebildet wird, und über die der Standfuß bei seinem
Auswerfen geführt werden muss. Insbesondere die Figuren 11 und 12 dieser Schrift zeigen
dieses mehr dem Wunschdenken entsprechende Verfahren.
[0003] Dieses Verfahren hat verschiedene Nachteile. Die gewünschte und erforderliche Kühlung
des Standfußes ist unterbrochen und wesentlich verzögert, wenn der Auswerferboden
zurückgezogen wird, da dieser in der Regel gekühlt ist und dadurch die erforderliche
- aber nun nicht mehr gegebene - Abkühlung bewirkt. Eine weitere Kühlung des Standfußes
erfolgt durch Kontakt mit der gekühlten Behälterform. Schrumpft der Standfuß aber
nach innen löst er sich von der Behälterform, was die Kühlung sofort unterbindet.
Die Kühlung ist aus den genannten Gründen sehr langsam, sodass nur eine geringe Taktzahl
der Thermoformmaschine möglich ist, zum einen durch die schlechte Kühlung, zum anderen
durch die doppelte Hubbewegung des Auswerferbodens, die zudem eine entsprechende Steuerung
voraussetzt. Die Schrumpfung des Standfußes ist stark abhängig vom Kunststoffmaterial
und das beschriebene Verfahren kann bei Kunststoffen mit geringem Schrumpf nicht angewendet
werden.
[0004] Dass die ausgeworfenen Behälter einen sehr labilen Stand auf dem Auswerferboden haben
ist insbesondere aus Figur 12 ersichtlich. Das Auswerfen und Stapeln von bereits im
Formwerkzeug ausgestanzten Behältern ist damit sehr störungsanfällig und bei bestimmten
Stapelverfahren nicht anwendbar, z.B. wenn der Formtisch mit der einen Hälfte des
Formwerkzeuges zum Stapeln geschwenkt wird. Die Behälter werden dann schräg oder horizontal
ausgeworfen und würden bei diesem Verfahren vom Auswerferboden fallen. Ein zusätzliches
Ansaugen der Behälter ist nicht möglich.
[0005] Aus der EP 0 259 214 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen von Behältern mit Hohlboden
und Standfuß bekannt, bei dem der Hohlboden und damit der Standfuß durch einen zweiteiligen
Formboden gebildet wird, bestehend aus Auswerferboden und Spreizzange. Die Spreizzange
ist gefedert und führt beim Herstellen des Hohlbodens zusammen mit dem Auswerferboden
eine Hubbewegung durch, durch die Hohlboden und Standfuß gebildet werden, wobei die
Spreizzange zwar die Innenwand des Standfußes an die konische Behälterwand anlegt,
aber keine Abdichtung durch eine Quetschung, vergleichbar dem Verfahren gemäß DE -
PS 1 291 469, herbeiführt. Heute wird aber eine Abdichtung zwischen den beiden Wandungen
des Standfußes aus verschiedenen Gründen - z.B. Weiterverwendung des Behälters, bessere
Haltbarkeit von leicht verderblichem Inhalt - gefordert, damit in diesen Spalt keine
eingefüllten Produkte gelangen.
[0006] Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht ferner darin, dass das Entformen des Behälters
durch eine weitere Aufwärtsbewegung des Auswerferbodens erfolgt, ohne dass die Lage
der Spreizzange zuvor verändert wurde. Der Auswerferboden muss folglich den doppelwandigen
Standfuß aus dem Spalt zwischen Spreizzange und Behälterform herausziehen, was eine
gewisse Kraft erfordert, die zur bleibenden Deformierung des Behälters führen kann.
Eine Kühlung des Standfußes an der Innenfläche ist kaum möglich, da dazu die Spreizzange
Pos 16 gekühlte werden müsste, was sehr aufwendig wäre. Eine indirekte Kühlung der
Spreizzange über einen gekühlten Auswerferboden ist nicht vorgesehen und wäre bei
den geringen Kontaktflächen zwischen beiden Teilen nicht sehr wirkungsvoll.
[0007] Die Herstellung der Spreizzange ist teuer und das Formwerkzeug ist, bedingt durch
die pro Takt erfolgende Reibung der Spreizzange mit angrenzenden Teilen im Bereich
der Flächen Pos. 18, 20 bzw. 21 ,22, sehr verschleißanfällig. Die Spannzange weist
zur Ausübung ihrer Funktion geschlitzte Elemente auf. In die Schlitze können Schmutz
oder Kunststoffeile gelangen, was die Funktion der Spreizzange außer Kraft setzt und
eine aufwendige Reinigung des Formwerkzeuges erfordert.
[0008] Aus der DE 30 24 683 ist es bekannt, Behälter mit konischem, verschweißtem Standfuß
herzustellen. Um diese wegen des Hinterschnittes entformen zu können sind Teile des
Formwerkzeuges senkrecht zur Mittelachse verschiebbar ausgebildet. Ein solches Formwerkzeug
ist nicht mehrreihig gestaltbar.
[0009] Bei einem durch den Anmelder bekannt gewordenen Verfahren erfolgt das Bilden von
Hohlboden und Standfuß durch einen verschiebbaren Auswerferboden, der von einer ringförmigen
Siegeltulpe in der Breite der beiden Wandungen des Standfußes umgeben ist. Beide nehmen
gemeinsam den Auswerferhub vor. Mit diesem Verfahren kann keine Abdichtung zwischen
den beiden Wandungen des Standfußes erreicht werden, da hierbei keine Entformung eines
Hinterschnittes möglich ist.
[0010] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren so auszubilden, dass Behälter
mit Hohlboden und völlig versiegeltem Standfuß in hoher Taktzahl und guter Qualität
hergestellt werden können, die sich beim Herstellen in einem kombiniert formenden
und stanzenden Formwerkzeug ohne Störungen in eine Stapeleinrichtung überführen lassen.
Das Verfahren sollte die Formung von Behältern mit relativ großem Hinterschnitt -
auch mit konischen Bereichen - am Standfuß ermöglichen. Es sollte bei geringem Verschleiß
der den Hohlboden bildenden Teilen erfolgen. Eine Beschränkung des Verfahrens bezüglich
des Materials der Behälter sollte nicht gegeben sein. Das Auswerfen der Behälter sollte
die Gefahr einer bleibenden Deformation der Behälter vermeiden und das Formwerkzeug
sollte störungsunanfällig sein gegen eine Verschmutzung. Das Verfahren sollte auch
bei mehrreihigen Formwerkzeugen anwendbar sein.
[0011] Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1. Dadurch, dass der
direkt gekühlte Auswerferboden des Formwerkzeuges nach dem Formen in Kontakt bleibt
mit dem Behälterboden, findet dessen intensive Kühlung statt. Durch die Bildung eines
Zwischenraumes zwischen Innenfläche Standfuß und Außenfläche Auswerferboden kann der
Standfuß beim Auswerfen in diesen Bereich federnd nachgeben und über die Schulter
geführt werden, die zur Herstellung der Abdichtung zwischen den beiden Wandungen des
Standfußes dient. Dies funktioniert auch bei relativ großen Hinterschneidungen und
konischen Bereichen, da in diesem Fall der Zwischenraum entsprechend größer gestaltet
wird. Dadurch, dass die den Hohlboden bildenden Bauteile nur eine axiale Bewegung
ausführen und nicht durch seitliche Kräfte beaufschlagt werden, ist der Verschleiß
bewegter Teile gering. Da der Hohlboden auf dem Auswerferboden beim Auswerfen aufsitzt
ist der Behälter dabei gut gehalten und kann bei Bedarf sogar auf diesem mit einer
Vakuumeinrichtung angesaugt werden bis zum Einstapeln in die Stapeleinrichtung.
Das Formwerkzeug ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Anspruches 2.
Hinsichtlich vorteilhafter Weiterbildungen wird auf die Unteransprüche verwiesen.
[0012] Das Verfahren ist anhand eines kombiniert formenden und stanzenden Formwerkzeuges,
eingebaut in eine entsprechende Thermoformmaschine, näher beschrieben. Es kann genauso
Anwendung finden bei einem nur formenden Werkzeug, dem ein Stanzwerkzeug in einer
Folgestation nachgeschaltet ist. Es zeigen:
- Figur 1
- eine Seitenansicht einer Thermoformmaschine zum Einbau des Formwerkzeuges.
- Figur 2
- einen Schnitt durch das Formwerkzeug in zwei Phasen des Verfahrensablaufes.
- Figur 3
- eine vergrößerte Darstellung eines Bereiches des Formwerkzeuges in der Phase des dritten
Verfahrensablaufes und - strichpunktiert - nach dem Ausstoßen des Behälters.
- Figur 4
- zwei Varianten der Gestaltung von Schnittstempel und formgebenden Teilen des Formwerkzeuges.
- Figur 5
- einen Schnitt durch eine mit dem Verfahren herstellbare Gestaltung eines Behälters.
- Figur 6
- einen Schnitt gemäß Figur 2 mit einer Variante des Antriebes des Auswerferbodens.
[0013] In einem Gestell 1 sind die wesentlichen Teile der Thermoformmaschine untergebracht,
in die das Formwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens eingebaut wird. Eine Rollenaufnahme
2 steht eingangsseitig und entfällt, wenn die zu verformende Kunststofffolie 3 aus
thermoplastischem Kunststoff direkt von einem Extruder zugeführt wird. Auch die Heizeinrichtung
4 ist bei Extruderverkettung eventuell nicht erforderlich. Eine intermittierend betriebene
Transporteinrichtung 5 führt die Kunststofffolie 3 zu einer Formstation 6 mit Untertisch
7 und Obertisch 8, in der mittels Druckluft oder Vakuum Behälter 9 mittels des Formwerkzeuges,
bestehend aus Oberteil 10 und Unterteil 11, geformt und ausgestanzt werden. Nach dem
Absenken und ggf. Schwenken des Formtisches 7 mit dem formgebenden Unterteil 11 werden
die Behälter 9 in Stapelrinnen 12 ausgestoßen oder in entsprechende Nachfolgeeinrichtungen
übergeben.
[0014] Figur 2 zeigt den Aufbau des Formwerkzeuges. Das Oberteil 10 setzt sich zusammen
aus der Matrize 13, der Kopfplatte 14 und der Zwischenplatte 15, in die die einzelnen
Formnester eingearbeitet sind - einreihig wie dargestellt oder mehrreihig. Matrize
13 und Zwischenplatte 15 weisen Bohrungen 16, 17 auf, in denen ein verschiebbarer
Niederhalter 18 angeordnet ist. Im Niederhalter 18 sitzt ein verschiebbarer Streckhelfer
19.
[0015] Das Unterteil 11 besteht aus einer Grundplatte 20, einem Kühlblock 21 und in diesen
eingesetzte Schnittstempel 22 mit der Form der herzustellenden Behälter 9 und mit
einer Schnittkante 23, die im Zusammenwirken mit der Matrize 13 den Behälter 9 nach
dem Formen ausstanzt. Zwischen Schnittstempel 22 und Kühlblock 21 ist eine Kammer
24 zur Durchleitung von Kühlwasser vorgesehen, das über Bohrungen 25, 26 zu- bzw.
abgeführt wird. Im Bodenbereich weist die Innenform des Schnittstempels 22 eine ringsum
verlaufende Schulter 27 auf, die sich in einem vergrößerten Bereich 28 fortsetzt.
Die Vergrößerung entspricht mindestens der Wandstärke einer Wandung 29 des zu bildenden
Standfußes 30, so dass ein Hinterschnitt mit einer Quetschkante 31 gebildet wird.
Im Bodenbereich jedes Formnestes sitzt an einer Stange 32 ein verschiebbarer Formboden
33, der im Innern über eine oder mehrere Bohrungen 34 von Kühlwasser durchströmt wird.
Alle Stangen 32 sind an einer Auswerferplatte 45 befestigt, die über einen nicht dargestellten
Antrieb in bekannter Weise verschoben werden kann. Um den Formboden 33 herum ist eine
Siegeltulpe 35 angeordnet, sie ist zu diesem über einen Antrieb 51 verschiebbar ausgebildet,
in dem diese Siegeltulpe 35 über ein Rohr 36 nach unten durch die Grundplatte 20 geführt
und an einer Halteplatte 38 befestigt ist. Auf der Halteplatte 38 sitzt ein Kolben
44, der in der Bohrung 47 in der an der Grundplatte 20 befestigten Platte 48 gleitend
und dichtend geführt ist. Durch Druckluftzufuhr über Bohrungen 49, 50 in Platte 48
bzw. Grundplatte 20 können der Kolben 44 und damit die Siegeltulpe 35 verschoben werden.
Der Außendurchmesser der Siegeltulpe 35 ist geringfügig größer als der Öffnungsquerschnitt
der Schulter 27.
[0016] Wenn alle Stangen 32 wie in Figur 2 dargestellt an der Auswerferplatte 45 befestigt
sind wird vorausgesetzt, dass durch die Aufwärtsbewegung der Siegeltulpe 35 zur Formung
des Standfußes 30 der Formboden 33 mitgenommen wird und beide so gestaltet sind, dass
sie in zusammengefahrenem Zustand dem Behälterboden 46 die endgültige Gestalt verleihen.
Bei der Abwärtsbewegung der Siegeltulpe 35 in die in Figur 3 gezeigte Lage bleibt
der Formboden 33 stehen. Dieser gekoppelte Bewegungsablauf beim Formen des Standfußes
30 bzw. entkoppelter Bewegungsablauf beim Abwärtsbewegen der Siegeltulpe 35 setzt
einen entsprechenden Antrieb der Auswerferplatte 45 voraus, der während der Abwärtsbewegung
der Siegeltulpe 35 über den Antrieb 51 den Formboden 33 oben hält und dann den erforderlichen
Auswerferhub bei geöffnetem Formwerkzeug durchführt. Durch eine entsprechend gestaltete
Auswerferkurve ist dieser Bewegungsablauf der Auswerferplatte 45 relativ einfach zu
erreichen.
[0017] Bei einem pneumatischen Antrieb für die Auswerferplatte 45 ist dieser Ablauf schwieriger
zu erreichen, da dieser nur zwei Endlagen einnimmt. Die Auswerferplatte 45 sollte
also während der Formung des Standfußes 30 und während der Abwärtsbewegung der Siegeltulpe
35 lagemäßig nicht verändert werden. Dies kann erreicht werden durch die in Figur
6 dargestellte Gestaltung der Auswerferplatte 45. In diesem Fall sitzen die Stangen
32 nicht direkt an der Auswerferplatte 45 sondern an einer Trägerplatte 52, die ferner
einen Kolben 53 trägt, der in einer Bohrung 54 gleitet. Diese Bohrung 54 sitzt in
einem Aufsatz 55, der mit der Auswerferplatte 45 verbunden ist. Eine Druckluftzufuhr
auf die Unterseite des Kolbens 53 ist über eine Bohrung 37, auf die Oberseite über
die Bohrung 56 vorgesehen.
[0018] Es findet folgender Verfahrensablauf statt:
[0019] Nach dem Eintransport eines erwärmten Abschnittes der Kunststofffolie 3 in die Formstation
6 schließt das Formwerkzeug. Durch Druckluftzuleitung und ggf. mechanische Vorstreckung
über den Streckhelfer 19 wird der Behälter 9 geformt, wobei der spätere Hohlboden
wie in Figur 2 links dargestellt vorgeformt wird. Die Bildung des Hohlbodens erfolgt
(Figur 2 rechts) durch eine gemeinsame Axialbewegung von Formboden 33 und Siegeltulpe
35. Der in der Siegeltulpe 35 sitzende Formboden 33 wird durch die Hubbewegung der
Siegeltulpe 35 mitgenommen (Ausführung Figur 2, Lage der Auswerferplatte 45 verändert
sich) oder durch Druckluftzufuhr über die Bohrung 56 (Ausführung Figur 6, Lage der
Auswerferplatte 45 bleibt) herbeigeführt. Dadurch wird die Seitenwand umgestülpt und
durch Anpressen von Siegeltulpe 35 und Quetschkante 31 eine Abdichtung des Spaltes
des geformten doppelwandigen Standfußes 30 herbeigeführt. Nach einer vorgegebenen
Kühlzeit entweicht die Formluft und der Behälter 9 wird durch eine geringe Schließbewegung
des Formwerkzeuges ausgestanzt, danach öffnet das Formwerkzeug und die Siegeltulpe
35 wird zurückgeführt in die in Figur 3 dargestellte Lage. Es entsteht dadurch ein
Spalt in der Breite B zwischen Innenfläche des Standfußes 30 und Außenfläche des Formbodens
33. Zum Auswerfen des Behälters 9 wird der Formboden 33 ausgeschoben und der Hinterschnitt
des Standfußes 30 gleitet über die Quetschkante 31 hinweg, da der Standfuß 30 nach
innen in den freien Raum mit der Breite B federnd nachgeben kann (Lage strichpunktiert
in Figur 3). Nach dem Auswerfen der Behälter 9 fährt der Formboden 33 wieder in Ausgangslage
(kurvengesteuert Ausführung Figur 2 links oder pneumatisch bei Ausführung nach Figur
6), der nächste Takt wird durchgeführt.
[0020] Eine direkte Kühlung der Siegeltulpe 35 scheitert in der Regel aus verschiedenen
Gründen. Wenn aber Formboden 33 und Siegeltulpe 35 über eine zylindrische Passung
mit engem Spiel zueinander geführt sind, erfolgt eine indirekte Kühlung der Siegeltulpe
35 über den gekühlten Formboden 33, mit der diese ständig in Berührung steht.
[0021] In den Figuren 2 und 3 ist der Schnittstempel 22 so aus einem Stück hergestellt,
dass er sowohl auf der Innenseite die Form des Behälters 9 bildet als auch die Quetschkante
31 eingearbeitet ist. In bestimmten Fällen ist es vorteilhaft - wie in Figur 4 rechts
dargestellt - in einen Schnittstempel 39 mit Schnittkante 40 und Kammer 41 einen Formeinsatz
42 einzusetzen, wobei dieser vorzugsweise aus
[0022] Aluminium besteht. Zur Bildung einer verschleißfesten Quetschkante 31 wird in diesem
Fall vorgeschlagen, einen Ring 43, vorzugsweise aus gehärtetem Stahl, in den Formeinsatz
42 einzusetzen. Eine andere Lösung ist eine Zweiteilung in der Form, dass in den Schnittstempel
39 ein einstückiger Formeinsatz 56 aus gehärtetem Stahl mit angeformter Quetschkante
31 eingesetzt ist.
[0023] Figur 5 zeigt einen Hohlbodenbecher, bei dem der Standfuß 30 leicht konisch gestaltet
ist ( Figur 5 links ), wobei sich ein zylindrisch gestalteter Bereich anschließen
kann (Figur 5 rechts) und wie er mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar ist.
Die Gestaltung des Formwerkzeuges ist strichpunktiert angedeutet. Hohlbodenbecher
mit dieser Gestaltung des Standfußes 30 können mit den bekannten Verfahren nur mittels
geteilter Formen tiefgezogen und entformt, in einem separaten Werkzeug zusätzlich
bearbeitet oder im teureren Spritzgussverfahren hergestellt werden.
1. Verfahren zum Herstellen eines Behälters (9) aus einer erwärmten thermoplastischen
Kunststofffolie (3), bei dem
a) ein Abschnitt der Kunststofffolie (3) durch Schließen eines Formwerkzeuges, bestehend
aus Oberteil (10) und Unterteil (11) eingespannt,
b) der Behälter (9) durch Differenzdruck verformt,
c) der Behälterboden (46) eingestülpt und dadurch ein Standfuß (30) geformt wird,
d) der eingestülpte Behälterboden (46) ringsum mittels einer Siegeltulpe (35) gegen
eine Quetschkante (31) des Schnittstempels (22) gedrückt wird,
e) ein Freiraum in der Breite (B) zwischen der Innenfläche des Standfußes (30) und
der Außenfläche des Formbodens (33) durch Zurückziehen der Siegeltulpe (35) geschaffen
wird und
f) der Behälters (9) durch Schieben des Standfußes (30) über die Quetschkante (31)
unter dessen federndem Nachgeben in Richtung der Außenfläche des Formbodens (33) aus
dem Unterteil (11) ausgeworfen wird.
2. Formwerkzeug zum Herstellen eines Behälters (9) aus einer erwärmten thermoplastischen
Kunststofffolie (3) durch Tiefziehen, bestehend aus
a) einem Oberteil (10) mit einer Druckluftzuführung,
b) einem Unterteil (11) mit mindestens einem Schnittstempel (22) entsprechend der
Gestalt des herzustellenden Behälters (9),
c) der eine ringsum verlaufende Quetschkante (31) aufweist,
d) einem verschiebbaren Formboden (33) und einer ihn umgebenden Siegeltulpe (35),
e) wobei die Siegeltulpe (35) mit der Quetschkante (31) zusammenwirkt und
f) die mit einem Antrieb (51) zu ihrer Verschiebung relativ zum Formboden (33) in
Wirkverbindung steht.
3. Formwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Formboden (33) und Siegeltulpe (31) über eine zylindrische Passung axial zueinander
geführt sind.
4. Formwerkzeug nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (51) an einer Halteplatte (38) angreift, mit der alle Siegeltulpen (35)
des Formwerkzeuges verbunden sind.
5. Formwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteplatte (38) mit einem Kolben (44) verbunden ist, der in einer Bohrung (47)
in einer mit der Grundplatte (20) verbundenen Platte (48) verschiebbar ist.
6. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet dass alle Stangen (32) starr mit einer Auswerferplatte (45) verbunden sind.
7. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass alle Stangen (32) starr mit einer zur Auswerferplatte (45) verschiebbaren Trägerplatte
(52) verbunden sind.
8. Formwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (52) mit einem Kolben (53) verbunden ist, der in einer Bohrung (54)
in einem Aufsatz (55) verschiebbar ist, der an der Auswerferplatte (45) befestigt
ist.
9. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die formgebenden Teile aus einem Schnittstempel (39) mit Schnittkante (40) und einem
eingesetztem Formeinsatz (56) mit einer Quetschkante (31) bestehen.
10. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die formgebenden Teile aus einem Schnittstempel (39) mit Schnittkante (40), einem
eingesetzten Formeinsatz (42) und einem Ring (43) mit einer Quetschkante (31) bestehen.
11. Formwerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (43) aus gehärtetem Stahl besteht.